Quelques résultats de recherche finalisés en 2013

Quelques résultats significatifs de recherches finalisées en 2013 sont présentés ci-après. Ils donnent un aperçu partiel de la riche production de l’axe, qui peut être retrouvée dans les bilans des laboratoires.

  • Projet ACOUFREN : modéliser les mécanismes de génération du bruit de crissement des freins à disque ferroviaires

    Le projet AcouFren s’est achevé fin 2013, il s'inscrit dans le cadre de recherches destinées à réduire les bruits de crissement émis par les véhicules ferroviaires, des bruits souvent intenses, particulièrement gênants pour les personnes exposées. Les moyens de réduction de ces bruits sont longtemps restés empiriques en raison de la difficulté à modéliser les phénomènes physiques à l’origine de leur génération. L’objectif de ce projet financé par l’ADEME et piloté par la SNCF était de développer des outils d'aide à la spécification et la conception de garnitures moins bruyantes pour les freins à disque des rames TGV et AGC (autorail grande capacité). D’un point de vue scientifique, cela impliquait la mise au point de méthodes numériques performantes pour le calcul de vibrations auto-entretenues induites par le frottement. Le LAE était particulièrement impliqué dans cette tâche.

    L’année 2013 a été marquée par l’application de ces méthodes aux systèmes de freinage industriels et la confrontation des simulations aux essais effectués sur le banc SNCF. Des comparaisons ont pu être réalisées sur la base de spectres vibratoires issus de calculs temporels non linéaires, ce qui constitue une avancée scientifique significative. De nombreuses raies ont été retrouvées par le modèle avec des écarts en fréquence et en amplitude acceptables. Ces résultats ont permis de valider l’outil logiciel simplifié à l’usage des industriels, développé par l’éditeur SDTools.

    Illustration : Modèle aux éléments finis du système de freinage TGV

     

     

  • Campagne expérimentale de l'étang de Fouché : étude de la propagation acoustique au-dessus des grandes masses d'eau

    La propagation acoustique en milieu extérieur peut être considérablement influencée par les effets micro-météorologiques (vent, température, hygrométrie, turbulence atmosphérique, etc.). Pour toute étude d'impact (cartographie du bruit par exemple), il convient donc de décrire de manière satisfaisante ces phénomènes et d'évaluer les enjeux qui y sont associés en contexte urbain ou péri-urbain. L'ensemble des travaux menés au Laboratoire d'Acoustique Environnementale (LAE) consiste à développer des modèles de prévision, qui nécessitent d'avoir à disposition des bases de données expérimentales de référence.

    Ainsi, cette campagne expérimentale originale s’est déroulée du 2 au 11 avril 2013 à l’étang de Fouché sur la commune d’Arnay-Le-Duc (Côtes d’Or) en partenariat avec les laboratoires des Ponts et Chaussées de Blois, Clermont-Ferrand, Strasbourg et Autun. Elle a permis de réaliser des mesures simultanées acoustiques et micro- météorologiques, de manière à mieux comprendre les phénomènes physiques relatifs à la propagation acoustique au-dessus de grandes étendues d’eau : profils thermiques, turbulence atmosphérique, rugosité de surface, etc. Sur la photo, mesures des profils verticaux de vent et de température au-dessus de l'eau, entre source sonore (berge Sud) et récepteurs (berge Nord).

    L'objectif final de ces travaux est d’approfondir les connaissances sur les phénomènes physiques mis en jeu, afin d'améliorer les outils de calcul acoustique pour la prévision du bruit au voisinage de telles masses d’eau, quelles que soient les sources sonores à l'étude (infrastructures routières ou ferroviaires, parcs éoliens off-shore, centrales nucléaires, etc.).

  • Quantification des émissions du trafic et de leur contribution aux concentrations atmosphériques particulaires primaires et secondaires et calculs d'émissions de polluants pour les parcs automobiles

    (Contribution des émissions véhiculaires aux PM10 : particules en suspension inférieures à 10mm)

    Les émissions véhiculaires sont en partie responsables des polluants atmosphériques particulaires. Elles sont responsables d’une sur-exposition des populations aux particules atmosphériques en milieux urbains et ont des effets sanitaires avérés. La contribution totale des émissions des transports aux concentrations atmosphériques en particules est méconnue, en raison de la diversité des émissions et de la difficulté à les quantifier. En particulier, les connaissances sur les émissions hors-échappement (usure, abrasion, re-suspension par le trafic) sont médiocres.

    Dans le cadre de deux projets, MOCoPo et PM-DRIVE), des connaissances sur les émissions particulaires des véhicules motorisés ont été développées ainsi que sur leurs contributions aux concentrations atmosphériques en particules. Cet objectif a été réalisé à l’aide d’une grande campagne de mesures de polluants atmosphériques en proximité automobile et en fond urbain associée à des mesures fines de trafic (campagne MOCoPo de septembre 2011).

    Parmi les nombreux résultats obtenus, certains montrent que les émissions véhiculaires contribuent à 34% aux PM10 et jusqu’à 57% durant les heures de pointe. La contribution moyenne totale aux PM10 par l’ensemble des émissions véhiculaires à l'échappement et hors échappement est le double de la seule contribution des émissions à l’échappement (env. 17%), qui est celle qui est très généralement quantifiée.

    Contribution des sources identifiées à la masse totale de PM10 (%).

    Traffic exhaust : émissions à l’échappement ;

    Traffic non-exhaust : resuspension ; Metals processing : usure des freins et autres pièces des véhicules. (Lucie Polo Rehn, thèse 2012).

     

     

  • Estimations détaillées des émissions du transport de fret à partir de la base CO2-ECHO

    L’objectif de cette recherche est de quantifier le volume de CO2 du transport de fret et les possibilités de réduire ces émissions.

    L’enquête ECHO sur le transport de marchandises des établissements français permet de suivre les envois depuis  leur origine jusqu’à leur destination afin de calculer les émissions du transport de fret. Après un important travail de mise au propre de la base trajets, nous avons calculé le CO2 de chaque envoi et estimé le CO2 émis par établissement chargeur. Pour s’assurer du résultat, l’ensemble des émissions ainsi calculées a été comparé avec les résultats des comptes transport de la Nation.

     

    Différentes approches ont été suivies pour analyser les possibilités de réduire les émissions du fret. Plus de la moitié des émissions proviennent d’envois qui ont une efficacité carbone faible ou très faible. Le modèle développé, pour apprécier l’impact des choix logistiques sur le niveau d’émissions,  indique notamment qu’en réduisant la fréquence annuelle des envois vers le même client, on réduit très sensiblement  les émissions de CO2. Cette hypothèse comme les différents scénarii de réduction des émissions qui ont été esquissés induisent de fortes perturbations de l’activité économique : une réduction importante des émissions du fret ne se fera pas sans un surcoût du transport. La recherche, financée par la DGITM et réalisée avec le CETE Nord-Picardie, s’achèvera formellement en avril 2014.

  • Projet INOGEV : Suivi à long terme d’une large de gamme de micropolluants dans les eaux pluviales urbaines

    Le projet ANR INOGEV, d’une durée de 4 ans, visait à aider les concepteurs et gestionnaires des collectivités locales à définir des stratégies efficaces de gestion des flux de polluants en zone urbaine, en analysant les conditions du transfert de connaissances entre les résultats de recherches et l'application opérationnelle. Ces travaux ont été menés au sein des trois observatoires d’hydrologie urbaine français (ONEVU à Nantes, OPUR en région parisienne, OTHU à Lyon) fédérés au sein du SOERE (Système d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en Environnement) URBI S.

    Dans ce cadre, 77 micropolluants (métaux traces, hydrocarbures aromatiques polycycliques, pesticides, alkylphénols, bisphénol A, polybromodiphényléthers), dont beaucoup n’avaient jamais été recherchés dans les eaux pluviales urbaines, ont été suivis. Plusieurs éléments toxiques tels que le strontium, le bisphénol A ou les alkylphénols ont ainsi été détectés à des concentrations élevées. Les différences d’occupation du sol se traduisent assez peu en termes de présence des micropolluants dans les eaux pluviales ; les mêmes éléments sont détectés sur les 3 sites étudiés. En revanche, les concentrations en zinc, strontium ou hydrocarbures aromatiques polycycliques sont significativement différentes d’un site à l’autre. Ces différences pourraient être attribuées au trafic automobile, plus ou moins dense selon les sites. (Figure Concentrations en métaux traces à l’exutoire de trois réseaux d’eaux pluviales suivi dans le cadre des observatoires universitaires : sites du Pin Sec (ONEVU), Chassieu (OTHU), Sucy (OPUR)).

  • Projet DURAGEOS ou durabilité des géosynthétiques dans les installations de stockage des déchets

    Le projet DURAGEOS (2009-2013), financé par le programme C2D2 du RGC&U du MEEDDM et coordonné par l’IFSTTAR, associait sept partenaires : trois laboratoires publics impliqués dans les recherches sur les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND) et les géosynthétiques (IFSTTAR, Irstea, LTHE et ENTPE) et les deux plus grands groupes industriels français de ce domaine (Suez Environnement et Veolia Propreté). Afin de limiter l’impact environnemental du stockage, le projet traitait de la prédiction de durabilité des barrières d’étanchéité des ISDND.

    Selon une approche multi-échelle, en complétant un modèle cinétique non empirique de prédiction de durée de vie des polymères qui considère simultanément les mécanismes de dégradation chimiques, biologiques et mécaniques, DURAGEOS a permis de mieux prédire la fragilisation superficielle d’une géomembrane (GMB) en polyéthylène haute densité dans une alvéole d’ISDND.

    La quantification des transferts montre que, pour tous les composés phénoliques testés excepté le bisphénol A, la configuration avec le GSB est équivalente à la configuration règlementaire. Les valeurs obtenues ont contribué à un meilleur cadrage et à la quantification des externalités. La quantification de l’écotoxicité de ces transferts ne démontre pas l’absence de risques sanitaires ou environnementaux. Les considérations environnementales et socio-économiques appliquées à différentes GMB devront contribuer à une meilleure acceptabilité sociale des géosynthétiques dans les barrières d'étanchéité d'ISDND.

    (Crédit photo © Veolia Propreté)

  • Projet ONAMAZU : évaluation quantitative de la réponse non-linéaire des sols lors du grand séisme de Tohoku de 2011

    Le 11 mars 2011, un méga-séisme de subduction (Mw 9) a eu lieu hors des côtes de la région de Tohoku, Japon. Grâce aux réseaux sismiques Japonais, des données d’excellente qualité ont été enregistrées, qui suggèrent un comportement non-linéaire sur les premières centaines de mètres de la sub-surface. En partenariat avec nos collègues japonais (DPRI, SHIMIZU Corporation et NIED) et français (BRGM), nous avons étudié les enregistrements sur plusieurs sites pour répondre à certaines questions fondamentales en sismologie des mouvements forts : à quelle(s) profondeur(s) apparaît le comportement non-linéaire ?

    Y-a-t-il un recouvrement des propriétés mécaniques élastiques suite à des effets non-linéaires ? Nous avons alors suivi l’évolution de la fréquence prédominante et inversé leurs propriétés mécaniques (illustration). D’après nos analyses temps-fréquence, il semble que les sols ne récupèrent pas entièrement leurs propriétés élastiques après avoir été sollicité par des mouvements forts. Suite à nos inversions 1D des données de puits accélérométriques, le comportement non-linéaire des sols pourrait prendre place tout au long de la colonne de sol, voire même en profondeur au niveau du rocher. Durant le projet ANR ONAMAZU, deux rapports de Master, cinq articles de conférences internationales (dont deux avec relectures) et trois articles dans des journaux de rang A ont été publiés. Le projet a débuté en octobre 2011 pour une période de 18 mois.

  • Projet FloodProbE : Technologies pour une Protection efficace et rentable de l’Environnement Bâti contre les Inondations

    FloodProBE (Technologies for the cost-effective Flood Protection of the Built Environment) est un projet européen FP7-ENV achevé en octobre 2013 après 4 ans de recherches. Ce projet a réuni 14 partenaires et associé de nombreux gestionnaires et utilisateurs finaux.

    L’objectif central du projet était de fournir des moyens efficaces et rentables pour réduire les risques liés aux inondations en zones urbaines, en développant des technologies, des méthodes, des concepts et des outils de diagnostic, d’adaptation et d’innovation pour les infrastructures actuelles et futures.

    Dans le volet dédié à la fiabilité des protections contre les inondations, IFSTTAR et le CETE-Normandie Centre ont conduit une action sur la géophysique, incluant l’organisation d’un atelier international à IFSTTAR-Paris en mars 2011. Ceci a abouti à la publication en 2013 d’un guide méthodologique : « Rapid and cost-effective dike condition assessment methods: geophysics and remote sensing », dont l’objectif est d’aider les gestionnaires d’ouvrages en Europe à utiliser ces technologies.

    WP3: <media 4352 - - "APPLICATION, Floodprobe-D3.2 V1 4 April 2013, Floodprobe-D3.2_V1_4_April_2013.pdf, 6.7 MB">Reliability of Urban Flood Defence April_2013</media> [.pdf]

    La restitution finale de FloodProBE a eu lieu à Aix-en-Provence et Arles en octobre 2013, conjointement au projet « International Levee Hankbook » (ILH). Les deux communautés ont échangé des résultats et identifié les défis liés aux transferts de connaissances déjà possibles et aux verrous pour de futurs travaux de recherche.

    Illustration : Modèles de levée et interprétation déduits d’investigations géophysiques le long de la Loire en amont de la ville d’Orléans

    (©CETE-Normandie Centre, Metcenas and DREAL Centre)